En un laboratorio a las afueras de Barcelona, diminutas partículas se organizan en estructuras tridimensionales ordenadas, como pequeños ladrillos de Lego animados que encajan en su lugar. Estas partículas son híbridos orgánico-inorgánicos altamente porosos cuyo tamaño y forma se pueden controlar para ajustar las propiedades del conjunto resultante.

El autoensamblaje ha sido durante mucho tiempo omnipresente en la química, ciencia de materiales y biología, pero ahora emerge como una ruta eficiente hacia una variedad de materiales con estructuras uniformes, particularmente a nanoescala. Muchos estudios hasta la fecha han informado de la síntesis de partículas poliméricas y de base metálica que se autoensamblan espontáneamente en superestructuras 3-D ordenadas. Hoy dia, Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) presentan sus hallazgos en relación a las partículas híbridas metal-orgánicas, agregando estructuras organometálicas (MOF) a la lista de compuestos que se pueden sintetizar para el autoensamblaje en 3D.

Las balas de cañón se apilan fácilmente gracias a su forma, encajar en su lugar independientemente de su orientación. Ladrillos sin embargo, deben alinearse de la manera correcta para crear una pila ordenada. Cuando esto se lleva a cabo a nanoescala, los problemas son los mismos. Una condición para este efecto Lego stop-motion es que todas las partículas sintetizadas presenten el mismo tamaño (monodispersidad) y forma, para que cuando encajen en su lugar, la disposición resultante está bien ordenada, bien embalado y funcional.

Hasta ahora, esto nunca se había logrado para compuestos híbridos cristalinos como MOF, a pesar de sus geometrías poliédricas. Pero en este último trabajo, publicado esta semana en Química de la naturaleza , Investigadores españoles informan sobre la síntesis exitosa de MOFs "ZIF-8" y "UiO-66" con la homogeneidad requerida de tamaño y forma.

Las superestructuras tridimensionales resultantes, compuesto por muchos miles de millones de partículas idénticas dispuestas en cristales de varios milímetros de diámetro, Presentan propiedades típicas de los cristales fotónicos, un nuevo material prometedor para la manipulación de la luz. Como tal, las nuevas estructuras dispersan la luz de una manera que proporciona color sin el uso de pigmentos o tintes, conocido como color estructural. Es más, controlando el tamaño y la forma de las partículas en la síntesis, los investigadores pueden ajustar la banda prohibida fotónica del material para determinar qué color se logra.

Construido a partir de MOF, las nuevas estructuras también cuentan con una alta porosidad, una característica que puede explotarse en aplicaciones de detección. Diferentes sustancias adsorbidas en los poros hacen que la luz se refracte en diferentes colores. Este efecto se puede ajustar de modo que un color determinado indique la presencia de una sustancia determinada. La capacidad de formar superestructuras 3-D a partir de unidades porosas también abre la puerta a aplicaciones basadas en la alineación de los poros a gran escala, por ejemplo, para producir membranas mejoradas para la catálisis y la adsorción de gases.